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        松嫩平原微地形下土壤水鹽與植物群落分布的關(guān)系

        2013-12-09 06:35:02王志春王云賀安豐華趙長巍
        生態(tài)學(xué)報 2013年19期
        關(guān)鍵詞:松嫩平原積水蘆葦

        楊 帆,王志春,王云賀,安豐華,趙長巍

        (中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所, 長春 130012)

        松嫩平原微地形下土壤水鹽與植物群落分布的關(guān)系

        楊 帆*,王志春,王云賀,安豐華,趙長巍

        (中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所, 長春 130012)

        土壤水鹽;地表積水;微地形;植物群落分布;驅(qū)動因子

        松嫩平原西部是世界上三大蘇打鹽漬土集中分布區(qū)之一,生態(tài)環(huán)境脆弱,是我國北方土地荒漠化最嚴(yán)重的地區(qū)之一。松嫩平原植被類型分布與土壤類型和土壤鹽漬化程度密切相關(guān),特別是低平原區(qū),由于微地形的存在,導(dǎo)致了水文過程的變化,這種變化使土壤含鹽量在很小的區(qū)域范圍內(nèi)差異較大,使不同鹽漬化程度土壤呈鑲嵌分布,土壤鹽分空間變異顯著[1]。植物生長受土壤中鹽類組分的影響較大,在不同鹽漬化土壤中,個體植物生長受到限制,當(dāng)鹽漬化程度超出個體植物生存范圍,其他植物種入侵和存活,優(yōu)勢種逐漸失去作用,土壤鹽漬化程度的改變促進(jìn)了植物群落演替[2]。在松嫩平原微域尺度范圍內(nèi),以往的研究主要集中于植物個體對水鹽的響應(yīng)[3- 4],對于群落間的演替研究較少[5- 7],而對于群落間演替的環(huán)境驅(qū)動因子研究,未見報道。因此本研究通過典范對應(yīng)分析方法(CCA),進(jìn)一步分析植物與環(huán)境之間的關(guān)系,以及確定植物群落間演替的驅(qū)動因子,為蘇打鹽漬土區(qū)生態(tài)保護(hù)和重建提供依據(jù)。

        1 研究區(qū)與研究方法

        1.1 研究區(qū)概況

        試驗(yàn)在中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所大安堿地生態(tài)試驗(yàn)站進(jìn)行。地理坐標(biāo)為東經(jīng)123°50′27″—123°51′31″,北緯45°35′58″—45°36′28″。該區(qū)屬中溫帶大陸季風(fēng)氣候,多年平均降水量413.7 mm,年均蒸發(fā)量為1696.9 mm。試驗(yàn)站周圍地區(qū)屬嫩江古河道低漫灘,目前的演替方向是由中-輕度鹽漬土向中-重度鹽漬土轉(zhuǎn)化,植物群落也相應(yīng)的向鹽生植物演替,即處于退化過程中。而且區(qū)內(nèi)輕、中、重度鹽漬土呈現(xiàn)的復(fù)合鑲嵌格局,使該區(qū)不同的植物群落依據(jù)土壤水鹽變化呈斑塊狀分布,松嫩平原是我國土壤鹽漬化具有突出特色的地區(qū)[8]。

        1.2 方法與試驗(yàn)設(shè)計

        圖1 測量點(diǎn)布置圖Fig.1 Distribution of measuring points in the experiment site

        選擇具有微地形特征的不同鹽漬化程度鹽漬土復(fù)區(qū)為研究樣地。試驗(yàn)小區(qū)面積為10000 m2, 南北長100 m,東西寬100 m,小區(qū)內(nèi)不同高程的小丘和洼地鑲嵌分布,最大相對高差為36.3 cm。從微域尺度上看,為了滿足區(qū)域鹽堿土復(fù)合鑲嵌體重復(fù)出現(xiàn)的空間要求,將小區(qū)分成10 m×10 m的網(wǎng)格,從中隨機(jī)選取40個網(wǎng)格作為測量點(diǎn)。具體樣點(diǎn)布置如圖1。小區(qū)內(nèi)的主要植物群落為以蘆葦、虎尾草、堿蓬、堿茅為優(yōu)勢種的植物群落。

        1.3 樣品采集與測試方法

        試驗(yàn)數(shù)據(jù)為兩年數(shù)據(jù),分別為2005年(豐水年)和2007年(枯水年)。試驗(yàn)從5月1日開始到10月1日結(jié)束。地表積水時間和地表水深的測量從5月1日開始到10月1日結(jié)束,每5d觀測1次,降雨后加密觀測。土壤含水率分別在5月、7月和9月的月末進(jìn)行采樣,含水率為3次的平均值。土壤離子測定樣品均在每年的9月末進(jìn)行采樣,植物群落調(diào)查每月1次。

        (1)

        式中,[Na+]、[Ca2+]和[Mg2+]為Na+、Ca2+、Mg2+的的濃度(mmolc/L)。

        土壤含水率:采用烘干稱重法測定。

        微地形相對高程:采用DSN232型水準(zhǔn)儀測量。

        1.3 數(shù)據(jù)定量分析方法

        2 結(jié)果與分析

        2.1 降雨變化規(guī)律

        由圖2可知,2005年5月、9月較干旱,降雨量少。降雨主要集中在6、7和8月,其中6月12日和6月22日的兩場降雨均在50 mm以上,7月29日一場強(qiáng)降雨高達(dá)86 mm。5—10月降水總數(shù)為455 mm,較以往降雨平均值高,該年為豐水年。2007年,降雨較少,且降雨頻次也少,主要降雨集中在7月,最大一次降雨量為7月15日的34.5 mm, 5—10月降雨量為224.5 mm,明顯低于多年平均降雨量,為枯水年。

        圖2 不同年份降雨變化規(guī)律Fig.2 Variation of precipitation in different year

        2.2 植物群落與環(huán)境因子關(guān)系

        圖3 植物群落與相關(guān)因子CCA分析Fig.3 CCA of plant communities and correlation factorsH: 相對高程relative height; h: 地表積水深度 Ponding depth; d: 地表積水時間 Ponding time 0—10 cm、10—30 cm、30—60 cm、60—100 cm; 不同土壤層含水率 Soil moisture in different soil layer

        2.3 不同植物群落適應(yīng)化學(xué)指標(biāo)范圍

        由表1可知,不同群落適應(yīng)不同的陽離子含量范圍,稗草、蘆葦對陽離子的適應(yīng)范圍較接近,各離子之間差異不顯著。稗草、蘆葦適應(yīng)pH值范圍也較相近,均在8.5—10之間。虎尾草、堿茅適應(yīng)陽離子范圍較接近,無顯著性差異。兩種群落對pH值適應(yīng)范圍也較接近,均在10以上。堿蓬適應(yīng)高Na+,低K+、Ca2+、Mg2+,且適應(yīng)的pH值較高,在10以上。

        表1 不同植物群落土壤陽離子比較

        同一列中標(biāo)有不同字母的數(shù)據(jù)間差異達(dá)到顯著水平(P﹤0.05)

        由表2可知,不同群落適應(yīng)陰離子范圍有所不同,堿蓬適應(yīng)的陰離子含量均高于其他群落,且EC也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他群落。其他植物群落土壤陰離子差異不顯著。

        表2 不同植物群落土壤陰離子比較

        同一列中標(biāo)有不同字母的數(shù)據(jù)間差異達(dá)到顯著水平(P﹤0.05)

        表3 不同植物群落適應(yīng)鹽堿化指標(biāo)范圍

        2.4 不同群落適應(yīng)水文指標(biāo)范圍

        由表4可知,不同水文指標(biāo)下不同群落之間比較,不同群落之間在60—100 cm土壤層含水率無顯著性差異,在30—60 cm土壤層含水率呈顯著性差異,0—30 cm土壤含水率和地表積水深度、積水時間均呈極顯著性差異。因此植物群落之間的差異主要集中在地表水、表層土壤含水率,隨著土壤剖面的加深,群落間差異減小,60—100 cm土壤含水率對于地表植物的生長分布作用不大。

        表4 不同植物群落水文指標(biāo)方差分析

        由表5可知,表層積水時間和積水深度對群落之間影響較大,與其他植物群落相比,蘆葦?shù)乇硭钭罡撸e水時間最長。堿茅和蘆葦之間差異性不顯著。稗草和蘆葦盡管在土壤化學(xué)指標(biāo)適應(yīng)范圍相似,但他們對于水分適應(yīng)范圍明顯不同,當(dāng)?shù)乇矸e水深度大、積水時間長時,適應(yīng)蘆葦生長,卻不適合稗草生長。堿茅和蘆葦在地表水方面差異不顯著。說明堿茅適合于地表較濕的環(huán)境,虎尾草適合于地表較干的環(huán)境。因此地表水的積水時間和積水深度是區(qū)分稗草和蘆葦、虎尾草和堿茅生長分布的重要水文特征值。

        表5 不同植物群落水文數(shù)據(jù)方差分析

        3 結(jié)論

        (2)由植物群落分布和微地形的關(guān)系可知,堿蓬分布在微地形高處,隨著微地形的下降,植物群落依次改變?yōu)榛⑽膊?、堿茅、稗草和蘆葦群落。

        (3)在枯水年由于水分的減少和鹽堿化的加重,稗草向虎尾草群落演替,虎尾草向堿蓬群落演替。而蘆葦和堿茅群落相對穩(wěn)定,只是由濕生向旱生轉(zhuǎn)化,群落間演替較慢。

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        Thecorrelationbetweensoilwatersalinityandplantcommunitydistributionundermicro-topographyinSongnenPlain

        YANG Fan*, WANG Zhichun, WANG Yunhe, AN Fenghua, ZHAO Changwei

        NortheastInstituteofGeographyandAgriculturalEcology,ChineseAcademyofSciences,Changchun130012,China

        soil water; soil saline; surface ponding; micro-topography; plant community distribution; threshold value

        中國科學(xué)院西部行動計劃重大資助項(xiàng)目 (KZCX3-XB3- 16); 國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41071022); 國家科技支撐課題資助項(xiàng)目(2009BADA3B04)

        2013- 06- 05;

        2013- 07- 29

        *通訊作者Corresponding author.E-mail: yangfan@neigae.ac.cn

        10.5846/stxb201306051346

        楊帆,王志春,王云賀,安豐華,趙長巍.松嫩平原微地形下土壤水鹽與植物群落分布的關(guān)系.生態(tài)學(xué)報,2013,33(19):6202- 6208.

        Yang F, Wang Z C, Wang Y H, An F H, Zhao C W.The correlation between soil water salinity and plant community distribution under micro-topography in Songnen Plain.Acta Ecologica Sinica,2013,33(19):6202- 6208.

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